[發(fā)明專利]用于判定氣溶膠顆粒尺寸的方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380043223.X
• 申請(qǐng)日: 2013-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN104769412B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 理查德·諾陳繆斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 托夫沃克股份公司
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02;H01J49/00
• 代理公司: 北京思益華倫專利代理事務(wù)所(普通合伙)11418
• 代理人: 趙飛,郭紅麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于判定氣溶膠顆粒尺寸分布的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

大氣或其他氣體中的顆粒公知為氣溶膠或氣溶膠顆粒。它們可能通過(guò)自然和人為的氣態(tài)前體的化學(xué)反應(yīng)形成在大氣中，或者它們可能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電廠中的燃燒形成或者可能起源于像使用或生成氣溶膠顆粒的油漆車間的設(shè)施的排放。這些氣溶膠顆粒在空氣污染(煙霧)和氣候平衡(云團(tuán)形成、吸收、排放和輻射的散射)兩方面起到重要角色。此外，例如微細(xì)顆粒的一些形式氣溶膠可能威脅健康。因此，具有廣為興趣的是，提供用于有效并且高靈敏度地測(cè)量氣溶膠顆粒的尺寸和組分的方法和裝置。

已知屬于上述技術(shù)領(lǐng)域的方法和設(shè)備。例如，US 6,040,574(Jayne,Worsnop,Kolb)描述一種用于判定耦合到質(zhì)譜儀的用于判定氣溶膠顆粒的尺寸的設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法。在此設(shè)備中，氣溶膠顆粒束通過(guò)將具有攜帶氣溶膠顆粒的氣體穿過(guò)諸如US 6,040,574(Jayne,Worsnop,Kolb)中所描述的一個(gè)單元形成。結(jié)果，由氣溶膠顆粒形成脈沖并測(cè)量氣溶膠顆粒的飛行時(shí)間，以判定氣溶膠顆粒的尺寸。

這樣已知設(shè)備和方法的缺點(diǎn)在于，為了測(cè)量氣溶膠顆粒的飛行時(shí)間，生成氣溶膠顆粒的一個(gè)脈沖并測(cè)量氣溶膠顆粒的飛行時(shí)間。接著，生成氣溶膠顆粒的下一個(gè)脈沖并測(cè)量此下一個(gè)脈沖中的氣溶膠顆粒的飛行時(shí)間。從連續(xù)氣溶膠顆粒束形成這樣的脈沖式氣溶膠顆粒束的結(jié)果，不能夠同時(shí)優(yōu)化測(cè)量的分辨率和靈敏度。僅僅可以形成氣溶膠顆粒束的窄脈沖，以通過(guò)降低工作循環(huán)和因此降低靈敏度的代價(jià)提供更高的飛行時(shí)間分辨率。或者僅僅可以形成氣溶膠顆粒束的寬脈沖，以通過(guò)由于寬脈沖降低飛行時(shí)間分辨率的代價(jià)來(lái)提供更短的工作循環(huán)和提高靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種有關(guān)最初提及的技術(shù)領(lǐng)域的方法和設(shè)備，其能夠確定具有更高信噪比的氣溶膠顆粒尺寸分布，同時(shí)提供與現(xiàn)有技術(shù)相同的測(cè)量速度和尺寸分辨率。

本發(fā)明的解決方案是通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征限定。根據(jù)本發(fā)明，此方法包括如下步驟：使用受控于調(diào)制函數(shù)的氣溶膠顆粒門調(diào)制氣溶膠顆粒束，從而生成氣溶膠顆粒束；導(dǎo)引調(diào)制氣溶膠顆粒束穿過(guò)漂移區(qū)域；在調(diào)制氣溶膠顆粒束已通過(guò)漂移區(qū)域后測(cè)量調(diào)制氣溶膠顆粒束的信號(hào)；以及計(jì)算調(diào)制函數(shù)和信號(hào)的相關(guān)性以確定氣溶膠顆粒的尺寸分布。此外，根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備包括氣溶膠顆粒門；可導(dǎo)引調(diào)制氣溶膠顆粒束穿過(guò)其中的漂移區(qū)域；在調(diào)制氣溶膠顆粒束已經(jīng)通過(guò)漂移區(qū)域后可測(cè)量調(diào)制氣溶膠顆粒束信號(hào)的檢測(cè)器；以及可計(jì)算調(diào)制函數(shù)和信號(hào)的相關(guān)性以確定氣溶膠顆粒的尺寸分布的計(jì)算單元。

根據(jù)本發(fā)明，可以使用不同的調(diào)制函數(shù)。例如，諸如掃頻或“線性調(diào)頻”的連續(xù)函數(shù)可以用作調(diào)制函數(shù)。作為另一示例，不連續(xù)的二進(jìn)制函數(shù)可以用作調(diào)制函數(shù)。在另一情況下，調(diào)制函數(shù)可以呈現(xiàn)自相關(guān)性，其在零點(diǎn)時(shí)具有高值，而在所有其他點(diǎn)(shift)時(shí)具有少許或低值。在例如不連續(xù)的二進(jìn)制函數(shù)情況下，調(diào)制函數(shù)可以說(shuō)巴克碼(Barker code)，其自相關(guān)性是三值函數(shù)，與在所有其他點(diǎn)時(shí)的值相比，在零點(diǎn)時(shí)具有非常高的峰。

將氣溶膠顆粒束調(diào)制成調(diào)制函數(shù)的形狀并且計(jì)算調(diào)制函數(shù)與信號(hào)的相關(guān)性的優(yōu)點(diǎn)在于，多于一個(gè)脈沖的氣溶膠顆粒可以同時(shí)通過(guò)漂移區(qū)域，同時(shí)其仍可以獲得漂移時(shí)間分布以及由此的氣溶膠顆粒的尺寸分布。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠允許形成窄脈沖的氣溶膠顆粒束，以提供更高的飛行時(shí)間分辨率并且同時(shí)提供更短工作循環(huán)以及因此增強(qiáng)靈敏度。

優(yōu)選地，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性是雙值函數(shù)。此優(yōu)點(diǎn)在于，計(jì)算自相關(guān)性不將額外特征引入到尺寸分布。

在一種變化形式中，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性可以包括具有低邊帶的陡峰。例如，編帶可以包括兩個(gè)、三個(gè)或更多值。此優(yōu)點(diǎn)在于，計(jì)算相關(guān)性不將顯著的額外特征引入到尺寸分布。

可選地，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性可以既不是二值函數(shù)，也不包括陡峰和低邊帶。